1937年2月，纳粹德国开始执行了“铀计划”。1940年，珍珠港事件后，美国参加了二次大战，与纳粹德国宣战。一些美国科学家提议要先于纳粹德国制造出原子弹。此时德国先进的武器，德方的战斗力，也让美国深感只用常规武器，很难在战胜德国，所以罗斯福在美国科学家的建议下，开始执行绝密工程“曼哈顿计划”。

到1940年职研究人员和3000多名军事人员，其中包括1000多名科学家。

鉴于大多数科学家都反对实验室的军事化，格罗夫斯同意加州大学成为洛斯阿拉莫斯名义上的管理单位和合同保证单位，基地的军队负责实验室建设、后勤供应和安全保障。这就保证了实验室内部的自由学术讨论。奥本海默鼓励科学家们大胆地讨论原子弹的有关科学问题，提出即使看门人的意见，也会对原子弹的成功有一定的帮助。奥本海默注意倾听任何人的意见，掌握着整个实验进程。

他们自己甚至都不如奥本海默清楚自己工作的细节和进展。在很多问题上，都是由于奥本海默的决断才取得突破，保证了原子弹研制时间表的执行。奥本海默在科学家、普通职工和政府官员中的威望越来越高。洛斯阿拉莫斯素有“诺贝尔奖获得者集中营”之誉，人们称奥本海默为这个集中营的“营长”。奥本海默没有获过诺贝尔奖，却拥有如此高的个人威望，他的组织才能与人格魅力由此可见一斑。

在“曼哈顿工程区”工作的15万人当中，只有12个人知道全盘的计划。这十二个人就是德国间谍的目标，可是要想进入戒备森严的“曼哈顿工程区”谈何容易，但是方法是人想出来的，必要的时候就算牺牲几名混入的工程师间谍也是可以的，这种情况是在别无他法的时候才使用，混入“曼哈顿计划”的工程师间谍还是不要暴露的好。

其实，全体人员中很少有人知道他们是在从事制造原子弹的工作。例如，洛斯阿拉莫斯计算中心长时期内进行复杂的计算，但大部分工作人员不了解这些工作的实际意义。由于他们不知道工作目的，所以也就不可能使他们对工作发生真正的兴趣。此后，这里的工作达到了**，并且有许多工作人员自愿留下来加班加点。经过全体人员的艰苦努力，原子弹的许多技术与工程问题得到解决。

刚开始英国和美国是在核能方面有信息交流，但并没有合作。1940年，布什和柯南特邀请英国加入以加强这个项目的力量，但英国果断拒绝了。因为他们不愿分享他们领先的技术，也不愿帮助美国去发展他们的核武器。但是由于英国没有美国那么足够充裕的人力和物力，亦不甘落伍于美国之后。在1940年7月30日，丘吉尔和罗斯福在原子合作上做了一个非正式、不成文的协议。

然而这种平等的伙伴关系没有持续多久。1940年8月，英国在没有支付任何资金的情况下要求实质性控制这个项目，遭到美国拒绝。英美两国之间的关系发生了逆转。英国的谈判地位恶化，美国科学家也决定不再接受任何的外来帮助。美国核政策委员也担心英国会制造战时的核武器。

1940年9月，柯南特冒着会暴露武器设计机密的风险去邀请詹姆斯？查德威克和其他几位英国科学家来洛杉矶参与原子弹设计，因为这个项目非常需要他们这类技术人员。1940年10月，丘吉尔和罗斯福签订了魁北克协议，这个协议恢复了双方的科学家在科研问题上互相合作的问题。美国在这个项目上已经投入了超过10亿美元，而英国的投入仅50万英镑。

一块告示鼓励橡树岭工人们保密，以英文写着：“在此的所见、所作、所闻，当你离开时，请留在这里。”

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